CN104815805B

CN104815805B - 一种led芯片的自动筛选系统及筛选方法

Info

Publication number: CN104815805B
Application number: CN201510120826.6A
Authority: CN
Inventors: 刘军林; 陶喜霞; 江风益
Original assignee: NANCHANG HUANGLV LIGHTING CO Ltd; Nanchang University
Current assignee: NANCHANG GUIJI SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd.; Nanchang University
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2017-08-11
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: CN104815805A

Abstract

本发明公开了一种LED芯片的自动筛选系统和筛选方法，特别适用于筛除在光电参数测试后的加工过程中所产生的正向漏电不良的LED芯片。该自动筛选系统包括自动载物台、荧光显微镜、光学检测机和芯片拾取装置，自动载物台可在计算机的控制下沿XYZ轴运动，具有承载LED芯片、自动切换检测对象和自动聚焦的功能，光学检测机用以采集、显示和分析LED芯片的荧光图像，正常LED芯片和正向漏电流不良LED芯片会出现不同的荧光强度和颜色差异，据此光学检测机可判断LED芯片是否合格并输出相关信息，芯片拾取装置用以完成LED芯片的筛除工作。该筛选系统和筛选方法可自动检测并筛除正向漏电不合格的LED芯片，且该筛选系统及筛选方法无需接触LED芯片，不会给芯片造成二次损伤。

Description

一种LED芯片的自动筛选系统及筛选方法

技术领域

本发明属于半导体发光领域，尤其是涉及一种LED芯片的自动筛选系统及筛选方法。

背景技术

受限于外延材料的制备技术，目前整片的LED晶圆片还很难满足人眼对光电特性一致性的要求，因此在投入后续封装之前，需要对LED晶圆进行严格的检测，然后根据晶圆的检测结果再将具有光电一致性的LED芯粒分选到一起（LED晶圆片被分割成大量的LED芯粒）。但是，在LED晶圆片经过光电参数测试后，还要经过衬底减薄、晶圆切割以及自动分选等工艺流程，而在这些过程中，LED膜有可能在机械力、静电、污染物等的作用下出现新的光电参数不合格的LED芯片，这些不合格LED芯片的主要失效特征就是出现正向漏电流不同程度的增大。如此一来，根据LED晶圆片光电参数测试结果自动分选出的合格LED芯片中就会混入一定数量的不合格LED芯片。如果这部分不合格的芯片流入封装阶段，将会造成LED封装良率的下降以及成本的明显增加。

为了进一步筛除上述不合格的LED芯片，目前产业界通常是采用普通光学显微镜手选，但这种方法只能将外观不良产品剔除，对于外观合格而正向漏电不良的芯片则无法有效剔除，且这种方法分辨率较低、速度慢。

发明内容：

本发明的第一个目的在于提出一种LED芯片的自动筛选系统，该自动筛选系统可以自动检测LED芯片的正向漏电流是否合格并可以自动筛除不合格的LED芯片，特别适用于筛除在光电参数测试后的加工过程中（包括衬底减薄、晶圆切割以及自动分选等）所产生的正向漏电不良的LED芯片，且该筛选系统无需接触合格LED芯片，不会给合格芯片造成二次损伤。

本发明的第二个目的在于提出一种LED芯片的自动筛选方法。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种LED芯片的自动筛选系统，特征是：包括自动载物台、荧光显微镜、自动光学检测机和芯片拾取装置，其中：所述自动载物台由自动对焦单元和自动切换单元构成，所述自动光学检测机由图像撷取单元和图像处理单元构成；所述芯片拾取装置包括控制模块和驱动模块；

在自动载物台上放置有已经完成了芯片分离工作的LED芯片，在自动载物台的上方设有镜头对准LED芯片的荧光显微镜，荧光显微镜的光学信号输出端通过光纤束与自动光学检测机的光学信号输入端连接，在自动载物台的旁边放置有芯片拾取装置，与自动光学检测机中图像撷取单元相连的信号输出端通过导线与自动载物台的信号输入端连接，与自动光学检测机中图像处理单元相连的信号输出端通过导线与芯片拾取装置的信号输入端连接。

所述自动载物台可在计算机的控制下沿XYZ轴运动，具有承载LED芯片、自动切换检测对象和自动聚焦的功能，所述光学检测机用以采集、显示和分析LED芯片的荧光图像，正常LED芯片和正向漏电流不良LED芯片会出现不同的荧光强度和颜色差异，据此光学检测机可判断所测LED芯片的正向漏电流是否合格并输出相关信息，所述芯片拾取装置用以完成LED芯片的筛除工作。

所述自动对焦单元用以实现荧光显微镜的自动对焦，包括分析处理模块、控制驱动模块A、步进电机a和驱动电路a，所述分析处理模块用以判断输入的荧光图像是否对焦清晰或该荧光图像的离焦程度；所述控制驱动模块A用以根据分析处理模块给出的相关信息通过驱动电路a来控制步进电机a，进而驱动荧光显微镜的聚焦微调旋钮来调节自动载物台在Z轴的位置以实现自动聚焦；

所述自动切换单元用于自动切换荧光显微镜的检测对象，包括自动切换模块、控制驱动模块B、步进电机b、步进电机c、驱动电路b和驱动电路c，所述自动切换模块用以判断和输出自动载物台的移动方向和移动距离，所述控制驱动模块B用以根据分析处理模块给出的相关信息通过驱动电路b和驱动电路c来分别控制步进电机b和步进电机c，从而控制自动载物台沿X轴和Y轴运动，以实现自动切换检测对象的功能。

所述图像撷取单元用以接收LED芯片的荧光图像，并发送该荧光图像；

所述图像处理单元用以接收、存储并显示所述图像撷取单元输出的荧光图像，处理自动载物台的定位和LED芯片的位置坐标，然后根据所采集的荧光图像来判断LED芯片的正向漏电流是否合格并输出该信息。

所述控制模块用以接收所述图像处理单元发送的不合格芯片的位置信息，并据此信息来控制驱动模块将不合格芯片筛除。

本发明的第二个目的是这样实现的：

一种LED芯片的自动筛选方法，特征是：包括以下步骤：

（a）将已完成晶圆切割工作的LED芯片置于自动载物台上，通过荧光显微镜拍照，以采集和处理LED芯片的荧光图像；

（b）利用自动光学检测机对LED芯片的荧光图像进行分析并判断所有待测LED芯片的正向漏电流是否合格；

（c）采用芯片拾取装置根据光学检测机的检测结果将不合格的LED芯片筛除。

所述自动光学检测机的图像处理单元采用下述方法判断LED芯片是否合格：首先，对所检测的LED芯片的荧光图像进行统计分析，获得所有LED芯片的荧光图像的平均波长平均光功率，然后通过对比单个LED芯片所发出的荧光波长和光功率与相应的平均值来判断该LED芯片是否合格，并将不合格的LED芯片的信息输出至芯片拾取装置。

本发明是通过观察分析LED芯片的荧光图像来判断和筛除不合格的LED芯片。所述荧光显微镜可提供需要提供不同波段的激发光，优选地可提供350 nm～400 nm、420 nm～450 nm、460 nm～490 nm以及500 nm～540nm等波段的激发光，可以实现对紫光、蓝光、绿光以及红光LED芯片的激发。以GaN基LED芯片为例，当选择波长小于LED芯片波长的激发光照射在LED芯片的PN结上时，会将PN结价带顶附近的电子激发到导带底附近，产生大量的电子-空穴对，从而产生光子能量约为PN结禁带宽度的自发荧光。此外，该激发光还会引起GaN材料的黄带发光。我们所观察到的荧光图像是LED PN结的自发荧光和GaN的黄带发光的混合光束。LED芯片的发光机理、发光波长以及发光强度与GaN材料的黄带发光均有很大不同。在发光波长方面，常见GaN基LED的颜色有蓝光和绿光两种。关于发光强度，在正常情况下量子阱的发强度远大于GaN材料的黄带发光。因此，通常我们所观察到的LED芯片的荧光图像无法看到GaN材料的黄带发光。但是，如果LED的PN结存在正向漏电，则部分上述电子-空穴对会通过漏电通道直接复合，LED芯片发光将出现发光不均匀、发光较弱或不发光，这时候GaN材料的黄带发光在整个荧光光束中不再可忽视，导致荧光的强度、颜色将会发生明显变化。因此LED芯片的荧光图像的强度和颜色分布可以体现LED芯片正向漏电流的大小，我们可以通过观察分析待测LED芯片的荧光图像来筛除正向漏电不良LED芯片。此外，LED 芯片中存在一类微裂纹，此类微裂纹很多时候并不能在LED芯片点测的时候被发现，但是它对LED芯片的可靠性有较大影响。在使用过程中，芯片的热胀冷缩将会导致上述微裂纹增生，进而导致芯片失效。荧光显微镜则可观察到这类微裂纹，从而可将这类具有潜在质量问题的芯片筛除。

本发明的有益成果在于：

相较于目前采用光学显微镜来筛除不合格的LED产片，本发明的LED芯片的筛除系统和筛除方法分辨率高、直观、易行，而且在此基础上本发明实现了LED芯片筛除工作的自动化，因此可以极大的节约LED芯片的生产时间和成本。

因此，本发明具有直观、方便、分辨率高、成本低、无需接触LED芯粒不会造成芯粒的二次损伤的优点。

附图说明：

图1为本发明实施例1的一种LED芯片的自动筛选系统；

图2为本发明实施例1的自动载物台的控制电路原理图。（AUTOCAD2004图）

其中，附图标记：LED芯片-100，自动载物台-200，荧光显微镜-300，自动光学检测机-400，芯片拾取装置-500，自动对焦单元-210，分析处理模块-211，控制驱动模块A- 212，步进电机a- 213，驱动电路a -214，自动切换单元-220，自动切换模块-221，控制驱动模块B-222，步进电机b -223，步进电机c -224，驱动电路b- 225，驱动电路 c -226，图像撷取单元-410，图像处理单元-420，控制模块-510，驱动模块-520。

具体实施方式：

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。需说明的是，本发明的附图均采用非常简化的非精准比例，仅用以方便、明晰的辅助说明本发明。

本发明关于一种LED芯片的自动筛选系统，尤指一种针对已完成光电参数测试、衬底减薄和晶圆切割工作的LED芯片的自动检测和筛选系统。以下根据附图和实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种LED芯片的自动筛选系统，包括自动载物台200、荧光显微镜300、自动光学检测机400和芯片拾取装置500；所述自动载物台200可在计算机的控制下沿XYZ轴运动，具有承载LED芯片100、自动切换检测对象和自动聚焦功能的功能，所述自动光学检测机300用以采集、显示和分析LED芯片100的荧光图像，且据此判断LED芯片100正向漏电流是否合格并输出相关信息，所述芯片拾取装置400用以完成LED芯片100的筛除工作。其中，所述LED芯片100，在进行筛选之前，已经完成了光电参数测试、晶圆切割和自动分选工作。

在本实施例中，已经完成了芯片分离工作的LED芯片置于自动载物台200之上，所述自动载物台200由自动对焦单元210和自动切换单元220构成。自动对焦单元210会自动完成对焦，然后自动光学检测机400的图像撷取单元410将从荧光显微镜300接收到的荧光图像进行存储并处理自动载物台200的定位和所测芯粒的坐标，然后自动切换单元220会根据预先设定的运动轨迹(如Z字形,弓字形)移动到下一个芯粒的位置，存储该芯粒的荧光图像并处理自动载物台200的定位和该芯粒的坐标，直到完成整张LED芯片的荧光图像。

在完成直到完成整张LED芯片的荧光图像之后，自动光学检测机400的图像撷取单元410将根据所采集的荧光图像来判断LED芯片100的正向漏电流是否合格并输出该信息。图像撷取单元410和图像处理单元420共同构成了光学检测机400；在本实施例中，所述图像处理单元420为一工业计算机。该工业计算机采用下述方法判断LED芯片是否合格：首先，对所检测的LED芯片的荧光图像进行统计分析，获得所有LED芯片的荧光图像的平均波长和平均光功率，然后通过对比单个LED芯片所发出的荧光波长和光功率与相应的平均值来判断该LED芯片是否合格，并将该信息输出。

最后，所述芯片拾取装置500根据光学检测及400提供的信息将不合格的LED芯片筛除掉。芯片拾取装置500包括控制模块510和驱动模块520，所述控制模块510用以接收所述图像处理单元500发送的不合格芯片的位置信息，并据此信息来控制驱动模块520进行芯片的拾取动作。

在自动载物台200的上方设有镜头对准LED芯片100的荧光显微镜300，荧光显微镜300的光学信号输出端通过光纤束与自动光学检测机300的光学信号输入端连接，在自动载物台200的旁边放置有芯片拾取装置500，与自动光学检测机300中图像撷取单元410相连的信号输出端通过导线与自动载物台200的信号输入端连接，与自动光学检测机300中图像处理单元420相连的信号输出端通过导线与芯片拾取装置500的信号输入端连接。

本发明所述自动对焦单元210包括分析处理模块211和控制驱动模块A 212、步进电机a 213和驱动电路a 214；LED芯片的荧光图像信息被输入后，分析处理模块220将会判断输入的荧光图像是否对焦清晰，如果该荧光图像未完全对焦，分析处理模块220将判断的离焦程度并将相关信息发送给控制驱动模块A 212；然后，所述控制驱动模块A212将根据分析处理模块211给出的相关信息来控制步进电机a 213，进而驱动荧光显微镜300的聚焦微调旋钮来调节载物台在Z轴的位置以实现自动聚焦；

本发明所述自动切换单元220用于自动切换荧光显微镜的检测对象，包括自动切换模块221、控制驱动模块B222、步进电机b223和步进电机c224以及驱动电路b225和驱动电路c226。所述自动切换模块221用以判断和输出自动载物台的移动方向和移动距离，所述控制驱动模块B222的功能在于根据分析处理模块给出的相关信息来控制步进电机b223和步进电机c224从而控制载物台200沿X轴和Y轴运动，以实现自动切换检测对象的功能。

在本实施例中所述光学检测机400为一自动光学检测机

本发明还提出了一种LED芯片的自动筛选方法，包括以下步骤：

（a）将已完成晶圆检测和芯片分离工作LED芯片100置于荧光显微镜300的自动载物台200上，以采集和处理其荧光图像；

（b）利用所述光学检测机400对LED芯片的荧光图像进行分析并判断所有所测LED芯片正向漏电流是否合格；

（c）采用芯片拾取装置500根据光学检测机的检测结果将不合格的LED芯片100筛除。

Claims

1.一种LED芯片的自动筛选系统，包括自动载物台、荧光显微镜、自动光学检测机和芯片拾取装置，其特征在于：所述荧光显微镜可出射一定波长的光，从而激发LED芯片发出荧光；所述自动光学检测机用以采集、显示和分析LED芯片的荧光图像，并据此判断LED芯片正向漏电流是否合格，并输出相关判定信息；所述芯片拾取装置根据自动光学检测机输出的相关判定信息将正向漏电流不合格的LED芯片筛除；所述自动载物台可在计算机的控制下沿XYZ轴运动，具有承载LED芯片、自动切换检测对象和自动聚焦功能的功能；在整个自动筛除过程中，正向漏电流合格的LED芯片与荧光显微镜、自动光学检测机、芯片拾取装置不发生接触，免于造成二次损伤。

2.根据权利要求1所述的一种LED芯片的自动筛选系统，其特征在于：所述自动载物台由自动对焦单元和自动切换单元构成，所述自动光学检测机由图像撷取单元和图像处理单元构成；所述芯片拾取装置包括控制模块和驱动模块；

在自动载物台上放置有已经完成芯片分离工作的LED芯片，在自动载物台的上方设有镜头对准LED芯片的荧光显微镜，荧光显微镜的光学信号输出端通过光纤束与自动光学检测机的光学信号输入端连接，在自动载物台的旁边放置有芯片拾取装置，与自动光学检测机图像撷取单元相连的信号输出端通过导线与自动载物台的信号输入端连接，与自动光学检测机中图像处理单元相连的信号输出端与芯片拾取装置的信号输入端连接；

所述自动对焦单元用于实现荧光显微镜的自动对焦，包括分析处理模块和控制驱动模块A、步进电机a和驱动电路a；所述分析处理模块用以判断输入的荧光显微镜是否对焦清晰或该荧光图像的离焦程度；所述控制驱动模块A用以根据分析处理模块给出的相关信息通过驱动电路a来控制步进电机a，进而驱动荧光显微镜的聚焦微调旋钮来调节载物台在Z轴的位置以实现自动聚焦；

所述自动切换单元用于自动切换荧光显微镜的检测对象，包括自动切换模块、控制驱动模块B、步进电机b和步进电机c以及驱动电路b和驱动电路c；所述自动切换模块用以判断和输出自动载物台的移动方向和移动距离，所述控制驱动模块B的功能在于根据分析处理模块给出的相关信息来控制步进电机b和步进电机c从而控制载物台沿X轴和Y轴运动，以实现自动切换检测对象的功能。

3.根据权利要求2所述的一种LED芯片的自动筛选系统，其特征在于：所述图像撷取单元用以接收LED芯片的荧光图像，并发送该荧光图像；所述图像处理单元用以接收、存储并显示所述图像撷取单元输出的荧光图像，处理载物台的定位和芯片的坐标，然后根据所采集的荧光图像来判断LED芯片正向漏电流是否合格并输出该信息；所述控制模块用以接收所述图像处理单元发送的不合格芯片的位置信息，并据此信息来控制驱动模块将不合格芯片筛除。